Круговорот азота

В результате разложения органических веществ, содержащих азот (аммонификация), в почве накапливаются соли аммония и др. В присутствии кислорода разложение происходит быстрее с образованием продуктов глубокого распада. Без кислорода белок обычно расщепляется до полипептидов и аминокислот, т. е. сравнительно неглубоко. Конечными продуктами аммонификации являются аммиак, углекислота, метан, водоро

д, вода.

Круговорот азота, обусловленный деятельностью живых организмов, не полностью замкнут, так как часть азота при участии бактерий превращается в элементарный азот и возвращается в атмосферу (денитрификация).

Бактерии-денитрификаторы постоянно отдают азот в атмосферу: они разлагают нитраты в азот, который улетучивается. Эти бактерии активны главным образом в почвах, которые очень богаты азотом и углеродом (особенно в удобренных навозом). Количество азота, образующегося ежегодно в процессе денитрификации, составляет около 147*106 т. Результатом денитрификации являются, например, подземные газовые струи из чистого азота. На биогенный характер струй указывает отсутствие в них аргона, обычного в атмосфере.

Часть азота может выйти из круговорота за счет захоронения органического вещества в закрытых водоемах. Если принять суммарную мощность годового прироста торфообразователей для всей площади болот 11,3*1014 г, то количество азота, ежегодно захороняющегося на суше (0,8—2,9% от веса торфообразователей), составляет около 20*106 т. Наибольшие количества азота могут выйти из круговорота в результате накапливания на поверхности Земли селитры (калийных солей азотной кислоты).

Некоторая часть азота с речным стоком поступает с суши в океан. Количество азота, ежегодно выносимое реками в океан (24 млн. т), почти в 100 раз меньше того количества, которое захватывается живым веществом на суше. Относительно круговорота азота в океане данных очень мало. На содержание элементарного азота в океанической воде влияют биохимические процессы: с одной стороны, процессы минерализации азотсодержащих органических веществ— планктона и других организмов, детрита до освобождения свободного N2, с другой стороны, обратный процесс фиксации элементарного азота, растворенного в воде, сине-зелеными водорослями, азотобактериями.

В 1 литре океанической воды в среднем содержится до 13 мг азота, а общие запасы азота в океане составляют 1,4*1011 т. Содержание азота в продуктах органического вещества океана составляет 2,26*109, с учетом антропогенных изменений в фито- и зоомассе. Причем наибольшее содержание органического азота отмечено в поверхностных слоях, затем оно падает до глубины 1000— 1500 м и затем несколько повышается и без заметных изменений прослеживается до дна.

Газообразный азот, растворенный в океанической воде, частично может образовываться в результате регенерации соединений азота, в свою очередь, являющихся продуктами разрушения планктонных и других организмов. К ним относятся N02, N03 и NH3, образующиеся главным образом при минерализации более сложных органических соединений — белков, аминокислот и др. Процесс минерализации идет при участии разнообразных бактерий. Помимо того, NO2, N03 и NH3 привносятся в океан реками, а также атмосферными осадками (82 млн. т).

Прежде чем азот попадает в донные отложения, часть его захватывается организмами морского фитопланктона, в то же время часть его войдет в цикл питания плотоядных, заканчивающийся рыбами, которые служат кормом птицам и млекопитающим. Эта часть азота попадает с экскрементами птиц и млекопитающих на поверхность материков (гуано).

Азот выводится из биологического круговорота после того, как, достигнув океана, аккумулируется в донных осадках. Если принять массу осадков, отлагающихся ежегодно на океаническом дне, 1,5*1010 т. в год, а среднее содержание азота в осадочных породах 0,06 весовых процента, то количество азота, ежегодно захороняющееся в океанических осадках, составляет 9 млн. т. [3]

круговорот азот природа

2. Влияние хозяйственной деятельности человека на круговорот азота

Хозяйственная деятельность человека оказывает значительное влияние на круговорот азота. Промышленная фиксация азота считается одной из самых сильных форм вмешательства человека в природный круговорот. Основным источником «добавок» азота к природному круговороту является современное сельское хозяйство, широко использующее азотные удобрения.

Удобрения покрывают недостаток азота, обусловленный разрывом между потребностями сельскохозяйственных культур и возможностью его мобилизации из почвы. Сельскохозяйственные культуры обедняют почву, унося с урожаем огромные количества питательных веществ, в том числе азота около 106 млн. т

Наиболее сильно истощают почву технические культуры (сахарная свекла, масличные), уносящие до 200 кг азота с 1 га в год, далее идут зерновые, картофель.

Действительный расход питательных веществ на создание урожая («биологический вынос») превышает их «хозяйственный вынос», т. е. то количество, которое образуется к моменту уборки урожая. Питательные вещества нужны не только для образования хозяйственной части урожая, но и для формирования корневой системы, стебля, листьев, которые остаются в поле в виде пожнивных остатков.

В конечном урожае содержится меньше питательных веществ, чем было поглощено растениями в течение всей вегетации вследствие их оттока из надземной части в корневую систему, а также потери с отмирающими листьями и побегами в поздние фазы развития. «Биологический вынос» достигает особенно больших размеров при высоких урожаях сельскохозяйственных культур. Значительный вынос питательных веществ наблюдается и на сенокосах. Особенно много азота в сене бобовых культур (клевер — 30 кг и более).

Выкашивание травы, сбор опада на подстилку для скота и т. д., часто практикуемые в лесах умеренного пояса и тропиков, также приводят к истощению почв, правда, в несколько меньшей степени, хотя вынос отдельных элементов имеет тот же порядок величин, что и под сельскохозяйственными угодьями.

Огромные успехи химической промышленности по производству минеральных удобрений уже позволяют не только положить предел истощению почвы, но и активным вмешательством в круговорот веществ в земледелии целенаправленно повышать плодородие почв путем пополнения в них запаса питательных веществ.

Отечественный и зарубежный опыт свидетельствует о том, что не менее 50% прироста урожаев получают за счет внесения удобрений, в том числе азотных. Азотные удобрения не только повышают урожай, но и влияют на его качество: в растениях возрастает содержание белка, клейковины, улучшается витаминная ценность продукции, увеличивается содержание витаминов. Важность применения азотных удобрений объясняется тем, что почвенный азот находится в основном в недоступной для растений органической форме, на долю минерального азота приходится лишь около 1% его общего количества. Общее содержание азота в почвах составляет 1,6*109 т. Оно зависит от содержания гумуса и изменяется в широких пределах — от 0,5% от веса почвы в мощных черноземах до 0,03% в бедных песчаных почвах.

 Скачать реферат